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【測試】在git上clone項目以後，在命令行編譯為class文件，再運行java Main 10

【計劃】項目完成步驟

【開發過程】

一、需求分析

（1） 程序可接收一個輸入參數n，然後隨機產生n道加減乘除練習題，每個數字在 0 和 100 之間，運算符在3個到5個之間。

（2） 每個練習題至少要包含2種運算符，而且練習題在運算過程中不得出現負數與非整數，比如不能出 3÷5+2=2.6，2-5+10=7等算式。

二、功能設計

　　基本要求：根據需求隨機出題並得出答案。

三、設計實現

（1）Main.java類啟動程序，接收參數n，引用ChuangJian.java

（2） ChuangJian.java類創建一個result.txt文件（如果已有一個txt文件，要事先刪除），輸出學號和題目，引用ChuTi.java類

 1 public class Main {
 2     public static void main(String[] args) {
 3     Scanner input = new Scanner(System.in);
 4     System.out.print("請輸入題目數量：");
 5     int n = 0;
 
 6     try{
 7         n = input.nextInt();
 8     }catch (Exception e){
 9         Scanner in = new Scanner(System.in);
10         System.out.print("輸入有誤，請輸入數字：");
11         n = in.nextInt();
12     }
13         ChuangJian.File(n);
14     }
15 }

 1 public class ChuangJian {
 2     public static
 
 void File(int n){
 3         try{
 4             File file = new File("result.txt");
 5             if (file.exists()) {
 6                 file.delete();
 7             }
 8             if(file.createNewFile()){
 9                 FileOutputStream txtfile = new FileOutputStream(file);
10                 PrintStream p = new PrintStream(txtfile);
11                 p.println("2016011995");
12                 for(int i=0;i<n;i++){
13                     p.println(ChuTi.crePro());
14                 }
15                 txtfile.close();
16                 p.close();
17                 System.out.println("文件創建成功！");
18             }
19         }
20         catch(IOException ioe) {
21             ioe.printStackTrace();
22         }
23     }
24 }

（3）ChuTi.java類中隨機產生3-5個操作符，並隨機產生相應的數字，隨機產生的操作符是通過下標數組確定的：（部分代碼）

1  public static String crePro(){
2         Random random = new Random();
3         String[] operator = {"+","-","×","÷"};
4 
5         int operatorCount = 3+random.nextInt(3); //操作符的個數3-5
6         int[] num = new int[operatorCount+1]; 
7         int[] index = index(operatorCount); //操作符的下標
8         String s = new String();
9 }

 1 private static int[] index(int n){ //產生操作符的下標數組
 2         Random random = new Random();
 3         int similar=0;
 4         int[] a = new int[n];
 5         for(int j=0;j<n;j++){
 6             a[j] = random.nextInt(4);
 7         }
 8         for(int j=1;j<n;j++){
 9             if(a[0]==a[j]) similar++;
10         }
11         if(similar==n-1) return index(n); 
12         else {
13             return a;
14         }
15     }

（4）Jisuan.java類用於判斷運算過程中是否出現負數和小數，使用了調度場算法和逆波蘭表達式，詳見算法詳解部分。

四、算法詳解

在Jisuan.java類中運用了以下思想：

參考了博客《調度場算法與逆波蘭表達式》：https://blog.csdn.net/acdreamers/article/details/46431285

調度場算法規則如下：從左到右遍歷中綴表達式的每個數字和符號，若是數字就輸出，即成為後綴表達式的一部分；若是符號，則判斷其與棧頂符號的優先級，若是右括號或優先級低於棧頂符號，則彈出棧 頂元素並輸出，將當前元素壓入棧，一直到輸出後綴表達式為止。

逆波蘭表達式求值步驟：

*初始化一個空堆棧

*如果字符是一個操作數，把他壓入堆棧

*如果字符是個操作符，彈出兩個操作數，執行恰當操作，然後把結果壓入堆棧，如果不能夠彈出兩個操作數，那麽後綴表達式的語法錯誤

*到後綴表達式末尾，從堆棧中彈出結果，若後綴表達式格式正確，那麽堆棧應該為空

（1）使用HashMap鍵值對規定字符優先級：

1 public static int calculate(String s) {
2         Stack<Integer> stack1 = new Stack<>(); //放數字
3         Stack<String> stack2 = new Stack<>(); //放操作符
4         HashMap<String, Integer> hashmap = new HashMap<>(); //存放運算符優先級
5         hashmap.put("(", 0);
6         hashmap.put("+", 1);
7         hashmap.put("-", 1);
8         hashmap.put("×", 2);
9         hashmap.put("÷", 2);

（2）對字符串中的操作符一個個處理，遇到數字則壓入棧，calculate()函數用於將運算過程中出現負數和小數的情況都返回為負數，後續排除。

 1 switch (c) {
 2                     case ‘=‘: { //遇到等號
 3                         String stmp;
 4                         while (!stack2.isEmpty()) { //當前符號棧裏面還有+ - * /,即還沒有算完
 5                             stmp = stack2.pop();
 6                             int a = stack1.pop();
 7                             int b = stack1.pop();
 8                             int sresulat = calculate(b, a, stmp);
 9                             if(sresulat<0)
10                                 return  -1;
11                             stack1.push(sresulat);
12                         }
13                         break;
14                     }
15 
16                     default: {  //遇到加減乘除等操作符
17                         String stmp;
18                         while (!stack2.isEmpty()) { //如果符號棧有符號
19                             stmp = stack2.pop(); //當前符號棧，棧頂元素
20                             if (hashmap.get(stmp) >= hashmap.get(String.valueOf(c))) { //比較優先級
21                                 int a = stack1.pop();
22                                 int b = stack1.pop();
23                                 int sresulat =calculate (b, a, stmp);
24                                 if(sresulat<0)
25                                     return  -1;
26                                 stack1.push(sresulat);
27                             }
28                             else {
29                                 stack2.push(stmp);
30                                 break;
31                             }
33                         }
34                         stack2.push(String.valueOf(c));  //將符號壓入符號棧
35                         break;
36                     }
37                 }

【測試】

【時間分配】

2016011995 小學四則運算練習軟件項目報告